CH703189A1 - Zementbasierter chemischer Energiespeicher. - Google Patents

Abstract

Es wird eine Verwendung eines erhärteten Stoffgemisches, umfassend mindestens eine Zementkomponente als chemischer Energiespeicher, offenbart. Das erhärtete Stoffgemisch, welches einen Ettringitgehalt von 40 Gew.-% bis 90 Gew.-% aufweist, kann aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Festigkeit zur Schaffung von Bauteilen verwendet werden, welche neben den Energiespeichereigenschaften auch lasttragende Eigenschaften haben und entsprechend in der Bauindustrie für alle möglichen Konstruktionen eingesetzt werden können. Durch die reversible Durchführung einer Dehydratation des erhärteten Stoffgemisches durch Energieeinsatz mittels Erwärmung und eine zeitversetzte Hydratation mittels Befeuchtung und Entnahme der auftretenden Hydratationsenergie kann die im dehydratalisierten Stoffgemisch gespeicherte chemische Energie in Form von Hydratationsenergie gezielt nutzbar gemacht werden, was in dem hier beanspruchten Verfahren erläutert wird. Es ist damit ein multifunktionaler Langzeit-Energiespeicher erreichbar.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt einen lasttragenden und strukturstabilen Energiespeicher, umfassend ein Bauteil aus einem erhärteten Stoffgemisch, wobei ein Energiebeladungs-/Energieentladungssystem das erhärtete Stoffgemisch mindestens teilweise quert und die Verwendung eines Stoffgemisches zur Herstellung eines Energiespeichers.

Stand der Technik

[0002] Zur Speicherung von Wärmeenergie können sensible Wärmespeicher oder Latentwärmespeicher verwendet werden. Während beim Latentwärmespeicher ein Phasenübergang des verwendeten Materials oder von Stoffgemischanteilen stattfindet, ändert sich die Phase des Materials beim sensiblen Wärmespeicher nicht. Die Speicherung von Wärmeenergie wird immer wichtiger, da beispielsweise die in Solarthermiekraftwerken gewonnene Wärmeenergie über gewisse Zeiträume gespeichert werden muss, um die Wärmeenergie zu gewünschten Zeitpunkten wieder freisetzen zu können.

[0003] Aufgrund eines Phasenüberganges, beispielsweise zwischen flüssig und fest, ist die Verwendung des Materials des Latentwärmespeichers beispielsweise als lasttragendes und/oder strukturstabiles Bauteil problematisch, da die mechanische Stabilität stark variiert. Latentwärmespeicher liegen darum vielfach in Form von abgeschlossenen mit entsprechenden Stoffgemischen gefüllten Gefässen vor.

[0004] Wie in der WO 2009 059 908 beschrieben, kann aber ein Material welches als Latentwärmespeicher fungiert Teil eines Stoffgemisches sein, welches auch zur Herstellung lasttragender Bauteile einsetzbar ist. Verschiedene Bauteile mit Latentwärmespeichereigenschaften werden aus Stoffgemischen, welche mindestens teilweise Latentwärmespeichereigenschaften aufweisen, hergestellt.

[0005] Die verschiedenen Komponenten des Stoffgemisches mit unterschiedlichen Eigenschaften müssen ausreichend homogen vermischt sein, sodass unter anderem eine optimale Wärmeübertragung auf das Latentwärmespeichermaterial gewährleistet ist. Obwohl Latentwärmespeicher im Allgemeinen mehr Energie pro Volumeneinheit speichern als andere Wärmespeichermaterialien, sind Latentwärmespeichermaterialien aufgrund des Phasenüberganges nur bis zu einer bestimmten Konzentration verwendbar, wenn die mechanische Stabilität beachtet werden muss. Nachteilig an den vorgestellten Stoffgemischen mit Latentwärmespeicheranteil ist aber hauptsächlich, dass die notwendigen Materialien aus schwer zu beschaffenden Verbindungen bestehen, oder beispielsweise veredelt in Form von Kapseln vorliegen müssen.

[0006] Bei der Herstellung von grossen Mengen eines Latentwärmespeichers ist natürlich auch der Anschaffungspreis relevant, welcher die Stoffgemische für Latentwärmespeicher entsprechend verteuert. Wenn Anteile des Latentwärmespeichers weitere Veredelungsschritte, beispielsweise eine Flammschutzveredelung zur Feuerhemmung, benötigen, verteuert sich das Material nochmals.

[0007] In der WO2009 144 233 ist eine Vorrichtung zum Speichern von thermischer Energie beschrieben, wobei ein sensibler Wärmespeicher beschrieben wird, der die hohe Wärmekapazität eines monolithischen Betonblockes ausnutzt. Ein in den Wärmespeicher integriertes Rohrleitungssystem führt ein Übertragungsmedium, durch welches thermische Energie beispielsweise aus einer Solarthermieanlage in den Betonblock eingeleitet wird. Der Betonblock ist mit einer Isolationshülle vollständig umgeben, damit die Wärmeverluste gering gehalten werden. Der gesamte Betonblock wird durch die Einleitung von thermischer Energie aufgeheizt, wobei die Temperatur entsprechend gehalten werden muss. Zur Entnahme von thermischer Energie muss nur ein Kontakt mit dem Rohrleitungssystem und dem darin zirkulierenden Übertragungsmedium hergestellt werden und die gewünschte Energie entsprechend entnommen werden.

[0008] Nachteilig an dem Wärmespeicher der WO2009 144 233 ist, dass der Betonblock nach dem Beladevorgang dauerhaft auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt vorliegt und entsprechend dauerhaft bis zum zeitversetzten Entnahmevorgang vor thermischen Verlusten geschützt sein muss. Dies setzt besondere Anforderungen an eine Isolationshülle, sowie das Rohrleitungssystem.

Darstellung der Erfindung

[0009] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt einen chemischen Energiespeicher durch Verwendung eines speziellen erhärteten Stoffgemisches zu schaffen, welches neben energiespeichernden Eigenschaften zusätzlich auch in Form von beliebig geformten lasttragenden und/oder strukturstabilen Bauteilen verwendbar ist. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Stoffgemisches als Langzeit-Energiespeicher, welches im energiebeladenen Zustand nicht dauerhaft gegen Wärmeverluste geschützt werden muss.

[0010] In einem reversiblen mehrfach ablaufenden zyklischen Prozess behält der Energiespeicher seine ausreichende Festigkeit im energetisch beladenen und entladenen Zustand bei.

[0011] Durch den hier vorgestellten Energiespeicher ist eine vereinfachte reversible Beladung und Entladung des Energiespeichers möglich, wobei das Stoffgemisch nach der Beladung lediglich gegen den Kontakt mit Feuchtigkeit geschützt werden muss.

[0012] Aufgrund der Materialwahl und der notwendigen Mischungsverhältnisse ist eine einfache Herstellung und Verarbeitung durch bekannte Technologien kostengünstig möglich. Neben der Verwendung von vergleichsweise kostengünstigem Rohmaterial ist die Herstellung des Stoffgemisches und daraus herstellbaren Energiespeichern ohne weitere Veredelungsverfahren der Komponenten möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. <tb>Fig. 1<sep>zeigt ein Dreiecks-Diagramm der erreichbaren Ettringitgehalte unterschiedlicher Stoffgemische umfassend CSA-Klinker, Gips und Portlandzement. <tb>Fig. 2<sep>zeigt ein Diagramm der Rehydratationsenthalpie von auf 110 °C temperierten erhärten Proben basierend auf CSA-Klinker/Gips bzw. reinem Portlandzement als Funktion der Zeit bei Befeuchtung mit Wasser, bestimmt mittels Wärmeflusskalorimetrie. <tb>Fig. 3<sep>zeigt eine schematische Ansicht eines Energiespeichers, mit einem Energiebeladungs-/Energieentladungssystem und einem Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem.

[0014] Im Folgenden wird ein anorganisches Stoffgemisch beschrieben, welches auf mindestens einer erhärteten Zementkomponente basiert und als Bestandteil für Bauteile verwendbar ist. Das erhärtete Stoffgemisch, sowie daraus hergestellte Bauteile sind dann als chemischer oder thermochemischer Energiespeicher verwendbar.

[0015] Durch Zugaben von Anmachwasser oder Zugabewasser zum hier beschriebenen Stoffgemisch wird das Stoffgemisch verarbeitbar und kann zur Herstellung von Bauteilen unterschiedlicher Formen verwendet werden. Der Abbindeprozess setzt ein, wobei Wassermoleküle chemisch gebunden und als Kristallwasser im Stoffgemisch eingelagert werden. Die Bauteile sind nach dem Erhärten mechanisch belastbar und können als lasttragende Bauteile verwendet werden. Zur Herstellung derartiger Bauteile können übliche Vorrichtungen und Verfahren der Betonverarbeitung eingesetzt werden und aus der Betontechnologie bekannte Komponenten verwendet werden.

[0016] Die verwendete Zementkomponente enthält mindestens eine Aluminatkomponente und mindestens eine Sulfatkomponente, sowie mindestens eine Calciumkomponente. Die Zementkomponente wird vorzugsweise auf Calciumsulfoaluminat-Klinker und einer Sulfatquelle basieren.

[0017] Zur Erreichung der wärmespeichernden bzw. energiespeichernden Eigenschaften des erhärteten Stoffgemisches umfasst die Zementkomponente vorzugsweise Calciumsulfoaluminat-Klinker und eine Sulfatkomponente beispielsweise aus Gips (Dihydrat) und/oder Halbhydrat (oder Bassanit) und/oder Anhydrit.

[0018] Die hier beschriebene Zementkomponente liegt ausserhalb der europäischen Zementnorm EN 197-1:2010 und basiert vorzugsweise auf Calciumsulfoaluminatzement.

[0019] Die Aluminatkomponente kann alternativ hauptsächlich aus Portlandzement mit einem hohen Tricalciumaluminatgehalt (> 12 Gew.-%), Calciumaluminatzement (Tonerdezement), Metakaolin und/oder reaktiven Aluminiumoxyden oder -hydroxyden bestehen. Diese Materialien können mit Komponenten, welche Calciumsulfat enthalten und/oder Calciumquellen wie Portlandzement, Schlacken, Flugaschen, Kalkstein und/oder anderen mineralischen Pulvern kombiniert werden.

[0020] Die entscheidenden Komponenten zur Erreichung eines geeigneten Stoffgemisches, welches nach dem Erhärtungsprozess einen gewünschten Energiespeicher bilden kann, sind die Sulfatkomponente und die Aluminatkomponente, welche in einer Mindestkonzentration vorliegen müssen, damit die energiespeichernde Wirkung ausreichend ausbildbar ist. Bei der Erhärtung des Stoffgemisches bildet sich ein hoher Anteil des Minerals Ettringit (Ca6AI2(SO4)3(OH)12-26H20), welches zur Gruppe der wasserhaltigen Sulfate mit fremden Anionen gehört, Ettringit zeichnet sich durch einen hohen Gehalt an Kristallwasser aus, welches durch Dehydratation aus dem Ettringit entweicht. Versuche haben gezeigt, dass nach dem Erstarren eines Stoffgemisches wie oben beschrieben, bei Wahl geeigneter Komponenten in vorteilhaften Mischungsverhältnissen, ein ausgehärtetes Stoffgemisch herstellbar ist, aus welchem Bauteile erzeugt werden können, in welchen durch Dehydratation Energie speicherbar ist, die aber trotzdem dauerhaft hohen Druckbelastungen stand halten.

[0021] Das Ziel ist es ein Stoffgemisch in Form einer Zementkomponente zu schaffen, welches in seiner Oxidzusammensetzung einen Gehalt von mindestens 8 Gew.-% Schwefeltrioxid (SO3) und mindestens 16 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) aufweist.

[0022] Dies trifft z. B. für eine Mischung aus 75 Gew.-% Calciumsulfoaluminat-Klinker und 25 Gew.-% Gips (34 Gew.-% Al2O3, 18 Gew.-% SO3) oder für eine Mischung aus 40% Calciumsulfoaluminatzement, 40 Gew.-% Portlandzement CEM I 42.5 N und 20 Gew.-% Gips (20 Gew.-% Al2O3, 14 Gew.-% SO3) zu. Wie in der Betontechnologie üblich, werden neben der Zementkomponente je nach Anforderungsprofil der zu erstellenden Bauteile gegebenenfalls Gesteinskörnung, umfassend Sand und/oder Kies zur Herstellung von Mörtel oder Beton zugegeben.

[0023] Des Weiteren können gegebenenfalls Zusatzstoffe, beispielsweise Kalksteinmehl, Flugasche, Tuff, Trass und/oder Hüttensand dem Stoffgemisch bei der Herstellung in geringen Mengen zugeführt werden. Diese Zusatzstoffe dienen zur Verbesserung der Festigkeit und der Beständigkeit des ausgehärteten Stoffgemisches bzw. der Bauteile aus diesem Stoffgemisch.

[0024] Ausserdem können dem Stoffgemisch bei der Herstellung auch Zusatzmittel zur Erreichung gewünschter physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften, beispielsweise Fliessmittel, Erstarrungsregler, Luftporenbildner und/oder Verdicker in geringen Mengen zugesetzt. Diese Mengen liegen etwa im Bereich kleiner als 5 Gew.-% in Relation zur Masse der Zementkomponente.

[0025] Um gewünschte Energiespeichereigenschaften mit ausreichenden Energiespeicherdichten und mechanische Stabilität zu erhalten muss der resultierende Ettringitgehalt zwischen 40 Gew.-% bis 90 Gew.-% der Masse des erhärteten Stoffgemisches liegen. Neben dem Ettringitanteil bilden sich im erhärteten Stoffgemisch Anteile Calciumsilicathydrate, Calciumaluminathydrate, Calciumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Strätlingit, AFm-Phasen (z. B. Monosulfat, Monocarbonat, Hemicarbonat), Thaumasit, Magnesiumhydroxid und/oder Hydrotalcit aus.

[0026] Das erhärtete Stoffgemisch wird durch Einwirkung von thermischer Energie und einer resultierenden Temperaturerhöhung auf Temperaturen von 50 °C oder höher entwässert, wobei Kristallwassermoleküle aus dem erhärteten Stoffgemisch entweichen. Aus dem Ettringit bildet sich Meta-Ettringit, welcher weniger Kristallwassermoleküle aufweist und eine veränderte Kristallstruktur im Vergleich zum Ettringit aufweist. Trotz der chemischen Veränderung des Ettringitanteils bleibt aber die Festigkeit des erhärteten Stoffgemisches erhalten, sodass das erhärtete Stoffgemisch zur Herstellung von lasttragenden Bauteilen einsetzbar ist.

[0027] Vorteilhaft ist eine Temperaturerhöhung auf zwischen 80 °C und 120 °C zur Erreichung einer Abspaltung von Kristallwasser und damit einer ausreichenden Dehydratation, wobei der Erhalt der Festigkeit gewährleistet ist. Da Ettringit eine hohe Dehydratationsenthalpie von 850 kJ/mol aufweist, ist entsprechend viel Energie in einem Energiespeicher, bestehend aus dem erhärteten Stoffgemisch speicherbar und durch eine zeitversetzte Befeuchtung des erhärteten Stoffgemisches bzw. der daraus hergestellten Bauteile wieder freisetzbar.

[0028] Während das erhärtete Stoffgemisch oder der Energiespeicher einen Entwässerungsprozess und die folglich auftretende Dehydratation des Stoffgemisches durchläuft, findet eine Beladung des Energiespeichers mit Energie statt, wobei das Stoffgemisch nach erfolgter Entwässerung wieder auf Raum- bzw. Umgebungstemperatur abkühlt. Der Energiespeicher wird damit nur während des Entwässerungsprozesses auf eine erhöhte Temperatur für einen gewissen Zeitraum aufgeheizt. Der derart beladene Energiespeicher muss lediglich vor dem Kontakt mit Wasser oder wassermolekülhaltigen Flüssigkeiten geschützt werden, damit keine Entladung stattfindet.

[0029] Da bei einer zeitversetzten Befeuchtung des Energiespeichers eine reversible Hydratation des Ettringitanteils und damit die Anlagerung von Wassermolekülen in Form von Kristallwasser stattfindet, wobei eine exotherme Reaktion stattfindet und der Energiespeicher aufgeheizt wird, ist Wärmeenergie gezielt entnehmbar. Durch kontrollierte Befeuchtung kann die Menge der zu entnehmenden Wärmeenergie durch die reversible Bildung von Ettringit aus Metaettringit beeinflusst werden.

[0030] Durch die reversible Durchführung einer Dehydratation des erhärteten Stoffgemisches durch Energieeinsatz mittels Erwärmung und eine zeitversetzte Hydratation mittels Befeuchtung und Entnahme der auftretenden Hydratationsenergie kann die im dehydratatisierten erhärteten Stoffgemisch gespeicherte chemische Energie in Form von Hydratationsenergie oder Reaktionsenergie gezielt nutzbar gemacht werden, was in dem hier beschriebenen Verfahren erläutert wird, womit ein multifunktionaler Energiespeicher erreichbar ist.

[0031] In Versuchen konnten erhärtete Stoffgemische unter Verwendung von Calciumsulfoaluminat (CSA) unter Beimengung von Gips mit oder ohne Portlandzement (Ordinary Portland cement (OPC)) mit Ettringitgehalt deutlich oberhalb von 40 Gew.-% erhalten werden. Die Figur 1beschreibt den erreichbaren Ettringitgehalt in unterschiedlichen Bindemittelgemischen aus CSA-Klinker, Portlandzement (CEM I 42.5 N) und Gips.

[0032] Ein Stoffgemisch, umfassend 75 Gew.-% CSA und 25 Gew.-% Gips führte zu einem Ettringitgehalt von 64 Gew.-% im erhärteten Stoffgemisch, während ein Stoffgemisch aus 40 Gew.-% CSA, 40 Gew.-% Gips und 20 Gew.-% OPC zu einem Ettringitgehalt im erhärtete Stoffgemisch von 75 Gew.-% geführt hat. Ähnlich hohe Ettringitgehalte sind auch in Stoffgemischen umfassend andere oben aufgelistete Zementkomponenten erreichbar.

[0033] Fig. 1 zeigt deutlich, dass die erforderlichen hohen Ettringitgehalte in erhärtetem Beton auf OPC-Basis nicht erreichbar sind.

[0034] Ein Stoffgemisch, umfassend 78 Gew.-% CSA Klinker und 22 Gew.-% Gips, welches mit Zugabewasser bei einem Wasser/Feststoff-Wert von 0.72 angemischt wurde, führte zu einem Ettringitgehalt von etwa 60 Gew.-% im erhärteten Stoffgemisch. In einem Trocknungsofen wurde eine Probe des erhärteten Stoffgemisches bei einer Temperatur von 110 °C bis zur Gewichtskonstanz entwässert und damit mit Energie beladen.

[0035] Zeitversetzt wurde eine Befeuchtung durch Wasserzugabe durchgeführt und die zeitliche Abgabe von thermischer Energie in einem Wärmeflusskalorimeter aufgenommen und wie in Fig. 2 dargestellt auf ein kg des erhärteten Stoffgemisches umgerechnet.

[0036] Eine Vergleichmessung mit einem Stoffgemisch umfassend OPC mit einem Ettringitgehalt von etwa 13 Gew.-% unter Verwendung des gleichen Versuchsaufbaus führt zu den ebenfalls auf ein kg CEM I 42.5 N umgerechneten Vergleichswerten. Die durch das erhärtete Stoffgemisch mit hohem Ettringitgehalt erreichbare Energiefreisetzung mit der Zeit verdeutlicht die Vorzüge des hier vorgestellten Materials für Energiespeicher, welche als chemische Energiespeicher bezeichnet werden.

[0037] In der kommerziellen Verwendung des erhärtete Stoffgemisches würde man Bauteile 3 aus dem erhärteten Stoffgemisch herstellen, welche mit einem Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1 und mit einem Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem 2 verbunden sind, was beispielhaft in Fig. 3gezeigt wird. Das Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1 führt zur Dehydratation durch Wärmeeinwirkung und nimmt die bei der späteren Hydratation freiwerdende Energie auf und macht diese nutzbar. Mittels Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystems 2 kann das erhärtete Stoffgemisch bzw. die daraus hergestellten Bauteile vereinfacht entfeuchtet und zeitversetzt gezielt und kontrolliert mit wassermolekülhaltigen Flüssigkeiten, insbesondere mit reinem Wasser zeitgesteuert befeuchtet werden. Das mit Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1 und Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem 2 verbundene Bauteil 3 dient dann insgesamt als Energiespeicher 0.

[0038] Als Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1 kann mindestens ein Rohrleitungssystem eingesetzt werden, welches das Bauteil 3 aus erhärtetem Stoffgemisch mindestens teilweise durchsetzt, wobei ein Übertragungsmedium in Form eines Fluids durch das mindestens eine Rohrleitungssystem des Energiebeladungs-/Energieentladungssystems 1 geführt wird. Bei der Beladung ist das Übertragungsmedium auf eine Temperatur Tx > 50 °C aufgeheizt und strömt durch das Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1, welches als Wärmetauscher fungiert und somit das Bauteil 3 aufheizt.

[0039] Das Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystems 2 ist beispielweise aus einem perforierten Röhrensystem gebildet, welches das Bauteil 3 mindestens teilweise quert und das bei der Dehydratation austretende Wasser bzw. den austretenden Wasserdampf auffängt. Nach der Dehydratation ist das Bauteil 3 mit Energie beladen und die Zuführung und Zirkulation des Übertragungsmediums kann eingestellt werden.

[0040] Das während der Dehydratation im Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem 2 gesammelte Wasser kann aufgefangen werden und dem Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystems 2 zur Wiederverwendung zu einem späteren Zeitpunkt zugeführt werden.

[0041] Wenn Energie aus dem Bauteil 3 entnommen werden soll, wird ein Befeuchtungsmedium, welches Wassermoleküle aufweist, dem Bauteil 3 mittels Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem 2 kontrolliert zugeführt. Das Befeuchtungsmedium liegt üblicherweise in Form von Wasserdampf oder einer wasserhaltigen Flüssigkeit vor und durchsetzt das Bauteil 3 mindestens teilweise. Durch die oben beschriebene Hydratation heizt sich das Stoffgemisch und damit der Bauteil 3 auf. Die auftretende Wärme wird auf das Übertragungsmedium innerhalb des Energiebeladungs-/Energieentladungssystems 1 übertragen, wobei das Übertragungsmedium entsprechend auf eine Temperatur T2 aufgeheizt wird.

[0042] In speziellen Ausführungsformen kann das Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem 2 in das Energiebeladungs-/Energieentladungssystem 1 integriert sein, wodurch entsprechend weniger Rohrleitungssysteme innerhalb des Energiespeichers 0 verlegt sein müssen.

[0043] Möglich ist aber auch die Herstellung von Energiespeichern 0 aus erhärtetem Stoffgemisch, welche tunnelartige oder anders geformte Ausnehmungen bilden, durch welche das Übertragungsmedium und/oder das Befeuchtungsmedium direkt führbar ist, sodass auf die Ausgestaltung von Rohrsystemen verzichtet werden kann.

[0044] Um möglichst keine freigesetzte thermische Energie zu verlieren und beim Beladungsvorgang wenig hineingesteckte Wärmeenergie zu verlieren, kann das erhärtete Stoffgemisch bzw. die Bauteile 3 mit einer Isolationshülle 30 teilweise umgeben sein, welche thermische Verluste minimiert. Auch um ein ungewolltes Eindringen von Wasser in die Bauteile 3 zu verhindern und damit eine Langzeitspeicherung der Energie zu ermöglichen, kann die Isolationshülle 30 dienen, welche das Bauteil 3 hygrisch isoliert.

[0045] Neben einer Lagerung der Bauteile 3 in trockenem Klima, können Isolationshüllen 30 in Form von Barrierebeschichtungen wie impermeable Membranen oder wasserdampfdichte Isolierschichten auf den Oberflächen der Bauteile 3 vorgesehen sein. Das erhärtete Stoffgemisch bzw. der Energiespeicher 0 kann aber auch in einem Gefäss gelagert sein, dessen Innenraum einfach befeuchtet und aufgeheizt werden kann.

[0046] Das bei der Beladung mittels Dehydratation freigesetzte Wasser kann über Vorrichtungen in Tanks abgeleitet werden und dort für die spätere Befeuchtung und damit Entladung des Energiespeichers 0 mehrmals wiederverwendet werden.

[0047] Um das erhärtete Stoffgemisch und daraus hergestellte Bauteile 3 noch zu verstärken, kann das Stoffgemisch zusätzlich mit einer Bewehrung, aus Metall oder Kunststoffen versehen werden. Neben Textilien können auch unterschiedliche Fasern eingesetzt werden.

[0048] Aufgrund der Reversibilität des Dehydratations-/Hydratationsvorganges wobei die reversible Ein- und Auslagerung von Kristallwassermolekülen auftritt, ist ein hier vorgestellter Energiespeicher 0 wartungsfrei für viele Zyklen einsetzbar.

[0049] Mit Hilfe des vorgestellte Energiespeichers kann Wärmeenergie, insbesondere in Solarthermiekraftwerken gewonnene Wärmeenergie, zur Dehydratation genutzt werden und damit in Form von chemischer Energie im erhärteten Stoffgemisch über einen langen Zeitraum gespeichert werden. Erfindungsgemäss kann das erhärtete Stoffgemisch Bauteile von Bauwerken bilden, sodass neben einer energiespeichernden Funktion auch eine tragende Funktion erreicht wird.

Bezugszeichenliste

[0050] <tb>0<sep>Energiespeicher <tb>1<sep>Energiebeladungs-/Energieentladungssystem <tb>2<sep>Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem <tb>3<sep>Bauteil <tb><sep>30 Isolationshülle

Claims (10)

1. Lasttragender und strukturstabiler Energiespeicher (0), umfassend ein Bauteil (3) aus einem erhärteten Stoffgemisch, wobei ein Energiebeladungs-/Energieentladungssystem (1) das erhärtete Stoffgemisch mindestens teilweise quert, dadurch gekennzeichnet, dass das erhärtete Stoffgemisch einen Ettringitanteil von 40 Gew.-% bis 90 Gew.-% aufweist, sodass ein Beladevorgang durch Dehydratation des erhärteten Stoffgemisches und ein zeitversetzter Entladevorgang durch Befeuchtung des erhärteten Stoffgemisches, mittels eines das erhärtete Stoffgemisch mindestens teilweise querendes Entfeuchtungs-/Befeuchtungssystem (2) reversibel mehrfach durchführbar ist, wobei die auftretende Reaktionsenergie bei unveränderter Druckfestigkeit des erhärteten Stoffgemisches auf das Energiebeladungs-/Energieentladungssystem (1) übertragbar ist.

2. Energiespeicher (0) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erhärtete Stoffgemisch durch Hydratation eines Stoffgemisches in Form einer Zementkomponente mit einer Oxidzusammensetzung, umfassend einen Gehalt von mindestens 8 Gew.-% Schwefeltrioxid (SO3) und mindestens 16 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) hergestellt worden ist.

3. Energiespeicher (0) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erhärtete Stoffgemisch ein lasttragendes und strukturstabiles Bauteil (3) unterschiedlicher Form bildet.

4. Energiespeicher (0) gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) mindestens teilweise von einer thermischen und/oder hygrischen Isolationshülle (30) umgeben ist.

5. Energiespeicher (0) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiebeladungs-/Energieentladungssystem (1) in Form eines Rohrleitungssystems vorliegt, welches von einem Übertragungsmedium durchströmt wird.

6. Verwendung eines Stoffgemisches zur Herstellung eines Energiespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch mindestens eine Zementkomponente mit einer Oxidzusammensetzung umfassend einen Gehalt von mindestens 8 Gew.-% Schwefeltrioxid (SO3) und mindestens 16 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) aufweist und durch Hydratisierung ein erhärtetes Stoffgemisch mit einem Ettringitanteil von 40 Gew.-% bis 90 Gew.-% aufweisend resultiert, welches neben chemischen Energiespeichereigenschaften durch zyklische reversible Dehydratation und Hydratation durch Entnahme und Einlagerung von Kristallwasser eine dauerhafte Festigkeit zur Bildung von lasttragenden Bauteilen (3) aufweist.

7. Verwendung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch einen Anteil Calciumsulfoaluminatzement und eine Sulfatkomponente, beispielsweise aus Gips (Dihydrat) und/oder Halbhydrat (oder Bassanit) und/oder Anhydrit umfasst.

8. Verwendung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch zur Herstellung von lasttragenden und strukturstabilen Bauteilen (3) unterschiedlicher Formen dient.

9. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch einen Zusatzstoff, umfassend Kalksteinmehl und/oder Flugasche und/oder Hüttensand und/oder Portlandzement und/oder Calciumhydroxid oder -oxid und/oder Aluminiumhydroxid- oder oxid und/oder Aluminiumsulfat und/oder andere Füllstoffe umfasst.

10. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch ein Zusatzmittel in Form eines Fliessmittels und/oder eines Erstarrungsreglers und/oder eines Verdickers umfasst.